JTI-rapport Lantbruk & Industri 370 Växthusgasemissioner från lager med nötflytgödsel Förhållanden i gårdsbehållare, metodikutveckling av gasmätning samt bestämning av emissioner från nötflytgödsel Lena Rodhe, Johnny Ascue, Marianne Tersmeden, Anders Ringmar och Åke Nordberg
JTI-rapport Lantbruk & Industri 370 Växthusgasemissioner från lager med nötflytgödsel Förhållanden i gårdsbehållare, metodikutveckling av gasmätning samt bestämning av emissioner från nötflytgödsel Greenhouse gases from cattle slurry storage Lena Rodhe, Johnny Ascue, Marianne Tersmeden, Anders Ringmar och Åke Nordberg 2008 Citera oss gärna, men ange källan. ISSN 1401-4963
3 Innehåll Förord... 5 Sammanfattning... 7 Summary... 8 Introduktion... 9 Litteraturstudie och nuvarande kunskapsläge... 10 Mål... 11 Material och metod... 11 Förhållande i fullskalebehållare... 12 Utveckling av mätmetodik för pilotskala... 14 Konstruktion av tak och testbehållare, pilotskala... 14 Utprovning av temperaturstabilisering... 16 Gödsel... 16 Studie av lämplig gasvolym och provtagningstidpunkt... 17 Växthusgasemissioner under ett år... 18 Försöksled... 18 Pilotskaleanläggning på JTI, Ultuna... 18 Flytgödsel... 21 Påfyllningsdynamik... 22 Förhållanden i gödsel... 23 Metodik vid gasprovtagning... 24 Statistisk analys... 25 Tidpunkt för provtagning under dygnet påverkan på resultatet... 25 Omrörning påverkan på emissionerna... 25 Tömning av lager... 26 Beräkning av emissionsfaktorer MCF och EF nit... 26 Resultat... 28 Förhållande i fullskalebehållare... 28 Halland... 28 Uppland... 30 Jämtland... 30 Utveckling av mätmetodik... 32 Förhållande i pilotskalebehållare... 32 Gasprovtagning... 34 Växthusgasemissioner under ett år... 39 Påfyllningsdynamik... 39 Gödsel... 40
4 Metangasemissioner under året... 47 Uppskattning av methane conversion factor (MCF)... 50 Lustgasemissioner under året... 50 Tidpunkt för provtagning under dygnet påverkan på resultatet... 51 Omrörning påverkan på emissionerna... 52 Balansberäkning för gödselbehållare... 53 Diskussion... 54 Fullskalestudie och utveckling metodik, år 1... 54 Förhållanden i fullskala... 54 Förhållanden i pilotskala år 1 jämfört med fullskala... 54 Utveckling av mätmetodik... 55 Växthusgasemissioner från lagring av flytgödsel, år 2... 56 Flytgödsel... 56 Påfyllningsdynamik... 56 Temperaturförhållande... 56 Metangasemissioner... 57 Lustgasemissioner... 58 Balansberäkningar... 59 Slutsatser... 60 Bilaga 1 Schema för fyllning, mätning och tömning... 63 Bilaga 2. Medelvärden för temperaturer i gödselbehållare... 65 Bilaga 3. Emissioner av lustgas (N 2 O) och metan (CH 4 ) under olika säsonger (vinter/sommar) vid olika gödselnivåer i behållarna och vid utprovning med olika gasvolym under provtagningslock... 67 Bilaga 4. Gödselns egenskaper vid fyllning 1-12 samt tömning vår och höst, våt vikt... 69
Förord 5 I föreliggande studie har växthusgaser (metan och lustgas) från lager med flytgödsel studerats under svenska förhållanden. Stiftelsen Lantbruksforskning (program Mjölkproduktion och Växtnäring) har finansierat studierna i fullskalebehållare på mjölkkogårdar, metodikutveckling samt mätning av emissioner från referensledet med lagrad flytgödsel utan täckning. Mätningar av led med lagrad flytgödsel med täckning (svämtäcke respektive plastduk) har finansierats av Forskningsrådet för miljö, areella näringar och samhällsbyggande (Formas). Dessutom har MPG Miljöprodukter AB bidragit med tre flytande tak av plastduk, anpassande till försöksbehållarna. JTI har också satsat strategiska medel till utveckling av metodik för mätning med sluten kammare på pilotskalebehållare. Vid JTI har forskare Lena Rodhe varit projektledare och ansvarat för upplägg, genomförande av studierna och rapporteringen. Laboratorieingenjör Johnny Ascue har bidragit avsevärt vid utveckling av mätmetodiken och har också, tillsammans med forskningsteknikerna Marianne Tersmeden och Anders Ringmar, skött om gasprovtagningarna i alla väder året runt. Forskare Åke Nordberg har bidragit med sin kunskap under hela projektarbetet. Verkstadsmekaniker Torbjörn Morén har konstruerat och i stort tillverkat hela pilotskaleanläggningen på JTI. I forskningsarbetet rörande växthusgasmätningar har JTI samarbetat med docent Mikael Pell vid Institutionen för mikrobiologi, SLU. Mätningarna i gödselbehållare på mjölkkogårdar i Halland, Uppland och Jämtland har kunnat utföras tack vare ett gott stöd från respektive lantbrukare. Projektet har haft en referensgrupp bestående av forskare Christel Cederberg, tidigare Svensk Mjölk, numera vid SIK; professor Sven G. Sommer, Inst. for Kemi-, Bioog Miljøteknologi, Syddansk Univ.; seniorforskare Søren O. Petersen, University of Aarhus, Faculty of Agr. Sci. Progr. samt forskningsledare Sirwan Yamulki, Env. and Human Sci. Div., Forest Research, UK. De har alla tillfört kunskap och värdefulla synpunkter till projektet. Vi vill rikta ett stort tack till alla de som på olika sätt bidragit till genomförandet av studien! Uppsala i januari 2009 Lennart Nelson VD för
7 Sammanfattning Växthusgaser bidrar till den globala uppvärmningen. Från lagrad flytgödsel bildas främst metan, medan från fastgödsel dominerar lustgas. Enligt de nationella beräkningarna år 2006 motsvarade förlusten av metan och lustgas från lagrad stallgödsel 0,98 milj ton CO 2 ekvivalenter eller 12 % av växthusgasutsläppen från svenskt lantbruk. Dessa beräkningar bygger på schablonvärden, som för metan anger att 10 % av den maximala mängden metan som kan bildas i färsk gödsel avgår under hantering (lagring) av flytgödsel. Denna faktor, s.k. MCF (methane conversion factor), kan troligen vara betydligt lägre för svenska förhållanden pga. daglig utgödsling av flytgödsel från stall och låga lufttemperaturer utomhus. Målet med denna studie var därför att ta fram ett dataunderlag för metan- och lustgasemissioner från flytgödsellager i Sverige. Dessutom var målet att se hur tillämpade metoder för att täcka flytgödselbehållare påverkar förlusten av växthusgaser. Projektets experimentiella delar genomfördes under två år, hösten 2005 till hösten 2007. Under första året studerades dels förhållandena för flytgödsel i fullskalebehållare på gårdar i olika klimatregioner i Sverige, dels utvecklades metodik för lagring och mätning av växthusgasemissioner i pilotskala. Andra året konstruerades en pilotskaleanläggning med nio pilotskalebehållare på så sätt att förhållandena i fullskala efterliknades när det gäller gödseltemperatur, klimat, fyllning och tömning. Därefter mättes emissioner av växthusgaser (metan och lustgas) från nötflytgödsel med två typer av täckning respektive från nötflytgödsel utan täckning under ett helt år. Resultaten från mätningar i fullskalebehållare med flytgödsel visade att gödseltemperaturen i medeltal under 1 års mätning och för två nivåer var 9,7 C i Halland, 8,1 C i Uppland och 5,6 C i Jämtland. Gödsellagren tömdes på dessa mjölkkogårdar två till tre gånger per år. Utvecklad utrustning och metodik för gasprovtagning med slutna kammare i pilotskalelager fungerade tillfredsställande. Pilotskaleanläggningen på JTI, som anlades år 2, skapade liknande förhållanden för gödseln som i fullskala när det gäller temperatur, fyllning och tömning samt utsatthet för regn och frysning. Lagringsstudien under ett helt år visade att under den kallare perioden (oktober april) uppgick metangasemissionerna till 3,6 g CH 4 -C per kg VS från lagrad gödsel utan täckning vid en medellagringstid av 3,5 månader och under den varmare perioden (maj oktober) var motsvarande förlust 6,5 g CH 4 -C per kg VS vid lagringstiden 2,5 månader. Lagrad flytgödsel med plastduk gav signifikant lägre emissioner av metangas än både vid täckning med halmsvämtäcke eller utan täckning under perioden februari till oktober. Under vintern var det inga signifikanta skillnader mellan de olika försöksleden. Sammanvägt över året blev metanförlusten från gödsel utan täckning 4,8 g CH 4 -C per kg VS, för gödsel med halmsvämtäcke 4,4 g CH 4 -C per kg VS och för gödsel med plastduk 3,2 g CH 4 -C per kg VS. Emissionen 4,8 g CH 4 -C per kg VS motsvarar 9,3 kg CH 4 -C från lagrad flytgödsel per ko och år enligt förutsättningar angivna i rapporten. Andel metan som avgick av maximal möjlig mängd (MCF) för lagrad nötflytgödsel utan täckning var sammanvägt för hela året 2,7 % för gödsel utan täckning, 2,5 % för nötflytgödsel med svämtäcke av halm och 1,8 % för lagrad flytgödsel med plastduk. Lustgasemissionerna var mycket låga med värden under 0,001 g N 2 O-N per m 2 gödselyta och dygn. Undantaget var några få mättillfällen, då det var signifikant högre lustgasemissioner från flytgödsel med halmsvämtäcke än från de övriga två försöksleden.
8 Summary Greenhouse gases (GHG) contribute to global warming. The GHG methane (CH 4 ) is emitted from stored liquid manure, while nitrous oxide (N 2 O) is the main GHG from stored solid manure. According to the National Inventory Report (NIR) for Sweden 2006, total GHG emissions from stored manure corresponded to 0.98 million tonnes CO 2 -equivalents or 12% of total GHG emissions from Swedish agriculture. These calculations are based on standard values, e.g. that 10% (methane conversion factor, MCF) of maximal methane production in fresh manure is lost from slurry storage. Swedish practices such as daily cleaning of animal houses and the colder climate than in southern Europe indicate that a smaller MCF may be more appropriate for Sweden. This two-year study collected data on GHG emissions from slurry storage under Swedish conditions and compared the effect of different slurry storage coverings. In year 1, full-scale storage conditions were studied on farms in three different climate regions of Sweden and methodology and equipment for measuring GHG emissions with a closed chamber technique were developed and tested. In year 2, a pilot-scale plant with nine containers was constructed to create similar conditions as in full-scale storage, i.e. slurry temperature, climate, filling/empting routines, etc. Greenhouse gas emissions from cattle slurry in this outdoor pilot-scale plant were measured for a full year using the closed chamber technique. Emissions from slurry stored uncovered except for a natural crust were compared with those from slurry stored with two kinds of floating covers, straw and plastic sheeting, in a randomised block experiment with three replicates. In full-scale storage of cattle slurry, mean slurry temperature measured at two levels of the liquid during one year was 9.7 C in south-west Sweden (Halland county), 8.1 C outside Uppsala and 5.6 C in northern Sweden (Jämtland county). The stores were partly emptied twice or three times a year. The methodology and equipment for measuring GHG from pilot-scale storage proved satisfactory. The pilot-scale plant was able to reproduce the slurry storage conditions recorded in full-scale storage as regards temperature, filling and empting, exposure for rain, freezing and thawing. During the year-long pilot-scale study, methane gas emissions occurred from all types of storage, whereas nitrous oxide emissions were very small or scarcely detectable. During the winter period (Oct April), methane emissions were 3.6 CH 4 -C per kg VS from uncovered storage and the average storage duration was 3.5 months. During summer (May Sept) the corresponding emissions were 6.5 g CH 4 -C per kg VS for an average storage duration of 2.5 months. Plastic-covered stored slurry emitted significantly lower methane emissions than uncovered or straw-covered slurry in the period Feb Oct. During winter there were no significant differences between the slurry treatments. Mean annual methane emissions (g CH 4 -C per kg VS) from slurry were 4.8 for uncovered, 4.4 for straw-covered and 3.2 for plastic-covered. Using assumptions made in this report, the methane emissions from the uncovered slurry corresponded to 9.3 kg CH 4 -C per cow and year. The mean annual MCF for stored cattle slurry was 2.7% for uncovered slurry, 2.5% for straw-covered and 1.8% for plastic-covered. Nitrous oxide emissions were very low, at most 0.001 g N 2 O-N per m 2 slurry surface and day, with a few exceptions. On three measuring occasions, N 2 O emissions were significantly higher from straw-covered slurry than from the other two treatments, but were still very low.
9 Introduktion Växthusgaser bidrar till den globala uppvärmningen. EU:s medlemsstater ska därför tillsammans minska sina utsläpp av växthusgaser med 8 % mellan år 2008 och 2012 enligt Kyotoprotokollet (EU:s webbportal, 2004). Sverige har även antagit nationella miljömål om begränsad klimatpåverkan (www.naturvardsverket.se, 2005). Jordbruket står för den största delen av Sveriges metan- och lustgasutsläpp (NV, 2007), vilket utgör ca 13 % av Sveriges totala växthusgasemission. Sedan 1990 har jordbrukets totala växthusgasemission minskat med 9,6 %, till största delen beroende på minskat antal mjölkkor och därmed minskade metangasutsläpp från jäsning i tarm- och magkanal hos nötkreatur. Höjd produktion per djur resulterar i större mängd växtnäring i gödseln per djur, vilket i sin tur medför att en ökad andel av jordbrukets växthusgasemissioner kommer från gödselhantering. Idag kommer 14 % av jordbrukets metanemission från gödselhanteringen (lagring, främst nötgödsel) och motsvarande siffra för lustgas är 10 % (NV, 2007). International Panel for Climate Control (IPCC) har tagit fram riktlinjer för beräkningarna av växthusgasemissioner från olika samhällssektorer, bl.a. lantbruket (IPCC, 2006). Förluster från gödsellager kan enligt dessa riktlinjer beräknas med hjälp av schablonvärden, vilka är baserade på forskning gjord i varmare klimat och för andra gödselhanteringssystem än de som gäller i Sverige (Dustan, 2002; Jordbruksverket, 2004). För metanemissioner används en faktor benämnd Methane Conversion Factor (MCF). Faktorn anger faktisk metanemission som andel av gödselns potential för metanproduktion specifikt för gödseltyp och klimatregion. Lustgasemissionen anges med emissionsfaktorn EF nit som anger emissionen som andel av gödseltypens totala kväveinnehåll (IPCC, 2006). Schablonvärdena för MCF är olika för regionerna warm, temperate och cool. Sverige faller under regionen cool climate, vilken enligt definitionen har en årsmedeltemperatur på mindre än 15 C. För Sverige är årsmedeltemperaturerna betydligt lägre (SMHI, 2005). Detta kan leda till stora feluppskattningar, eftersom temperaturen har stor inverkan på metanemissionerna (Steed Jr. & Hashimoto, 1994). Biogasutvinning ur flytgödsel visar att temperaturen hos gödseln är avgörande för hur mycket metangas som bildas (Zeeman et al., 1988). Baserat på en litteraturgenomgång, rekommenderade Dustan (2002) att Sverige skulle använda en MCF på 10 % istället för IPCC:s dåvarande (1996) schablonvärde av 39 %. I senaste IPCC Guidelines (2006) anges för lagrad flytgödsel utan naturligt svämtäcke ett MCF-värde av 17 %. Med ett naturligt svämtäcke är schablonvärdet 10 % för MCF. I guiden 2006 anges dock att det lägre värdet med naturligt svämtäcke (40 % reduktion) är baserat på ett begränsat antal data och kan variera betydligt beroende på temperatur, nederbörd och gödselns egenskaper. Clemens et al. (2006) fann att trätak minskade metangasemissionerna från flytgödsellager av både rötad och icke rötad nötflytgödsel jämfört med utan täckning. Däremot minskade inte metanförlusterna med ett halmsvämtäcke jämfört med utan svämtäcke för rötad gödsel. Ett tak skyddar det naturliga svämtäcket från regn och hjälper till att hålla det torrt under vintern, men förhindrar också att det torkar ut för mycket under sommaren. Clemens et al. (2006) hänvisar därmed till Sommer et al. (2000), som menar att metan kan oxiderar i ett poröst svämtäcke och att det därmed blir koldioxid. Det finns skillnader mellan Sverige och andra delar av norra Europa. IPCC rekommenderar därför att faktorer uppmätta i respektive region används om sådana finns, istället för schablonvärdena. Problemet är att det idag saknas relevanta värden på MCF och EF nit för svenska förhållanden.
10 Emissioner av växthusgaserna metan och lustgas kan beräknas genom att mäta koncentrationen av dessa gaser före och efter förslutning av luftvolymen ovanför en emitterande yta. Konstruktioner finns av icke ventilerade kamrar, s.k. slutna kamrar utan genomluftning (Matson & Harriss, 1995). Så länge koncentrationsökningen är linjär, antas att förslutningen inte hämmar avgången. Prov tas ut ur kamrarna vid förslutning och därefter under den tid koncentrationen ökar linjärt med tiden. Det betyder att faktorerna luftvolym under förslutning (s.k. head-space) och tidpunkt för provtagning efter förslutning måste anpassas efter den emitterande källan och rådande förhållanden. För kammarens design är det viktigt att förhållandet mellan innesluten gasvolym (V) och innesluten emitterande area (A) anpassas till förväntade koncentrationer (Livingston m.fl., 1995). JTI har tidigare tillämpat metodiken efter spridning av flytgödsel i fält (Rodhe et al., 2006). Litteraturstudie och nuvarande kunskapsläge De värden på MCF och EF nit som presenteras i litteraturen varierar relativt kraftigt, se Tabell 1. Detta beror delvis på att studierna är gjorda i olika skalor, med olika gödselkaraktärer samt i olika klimat. Svämtäckets betydelse visar Sommer m.fl. (2000). De kunde inte detektera någon lustgasavgång så länge svämtäcket var fuktigt, men under sommaren då svämtäcket var torrt uppmättes kraftigt förhöjda lustgasemissioner. Enligt samma studie kan ett vältäckande flytande svämtäcke minska metanemissionerna med upp till 40 %. Detta är av speciellt intresse då svämtäcke är den vanligaste täckningsformen för flytgödselbehållare i Sverige (SCB, 2008). Tabell 1. Sammanställning av nuvarande kunskapsläge angående växthusgasemissioner från flytgödsel. Alla studier är gjorda på gödsel från mjölkkor med ett mer eller mindre utvecklat svämtäcke. Referens Växthusgas Mätmetod Skala Mätperiod Land / Temp.( C) Föreslagen MCF/ EFnit (%) Kaharabata & Schuepp (1998) Metan Spårgas SF6 Fullskala aug - okt Kanada / 2-10 0 till 3 Steed & Hashimoto (1994) Metan Statisk kammare Labskala 156 d USA / 20 55 Steed & Hashimoto (1994) Metan Statisk kammare Labskala 151 d USA / 10 0 Husted (1994) Metan Dynamisk kammare Fullskala jan - dec Danmark / 11 8 Sommer m.fl. (2002) Metan Sammanställning Modell ---- Danmark /? 11 Monteney m.fl. (2001) Lustgas Teori ---- ---- Holland /? 0 Sommer m.fl. (2000) Lustgas Statisk kammare Pilotskala okt - nov Danmark /? 0 Sommer m.fl. (2000) Lustgas Statisk kammare Pilotskala jun - sep Danmark /? 2,3 Petersen m.fl. (1996) Lustgas Dynamisk kammare Fullskala okt - dec Danmark /? <<1 Phillips m.fl. (1997) Lustgas Dynamisk kammare Fullskala? England /? 0 En annan orsak till varierande litteraturvärden är att olika mätmetoder har använts. Metodiken med statiska kammare är mer robust än de dynamiska kamrarna och spårgasmetoden (Greatorex, 2000). Problemet med metoder som använder kammare är att de oftast täcker in en begränsad area och därmed missar den rumsliga variationen beroende på t.ex. sprickbildningar i ett svämtäcke. Spårgasmetoden kräver mycket dyra analysinstrument och är beroende av en konstant vindhastighet och vindriktning.
11 Sommer m.fl. (2002) sammanställde data från Husted (1994), Khan m.fl. (1997) och Sommer m.fl. (2000) för att formulera en modell med syfte att beräkna metanemissioner från olika typer av gödselhanteringssystem (se Tabell 1). Beräkningsmodellen tar hänsyn till temperaturdynamik, påfyllning och tömning av gödsel samt minskningen av potentiell metanproduktion som resultat av faktisk metanavgång. Tyvärr finns det i nuläget inga svenska data för att validera beräkningsmodellen för att se om den är giltig för svenska förhållanden och om inte anpassa modellen. Med stöd i ovanstående litteraturgenomgång bör en svensk studie utformas så att dynamiken i en fullskalig lagringsbehållare beträffande påfyllning, tömning, gödseltemperatur och yttre klimatförhållanden efterliknas så väl som möjligt. Vår studie har skett i en mindre skala, vilket medför fördelen att hela gödselytan kan täckas in vid ett och samma mättillfälle. Detta gör att svämtäckets heterogenitet med ojämnhet och sprickbildningar representeras väl vid mätningarna. Pilotskalan möjliggör även god kontroll på mängd och egenskaper hos tillsatt och borttagen gödsel under hela försöksförloppet. Mätningarna har skett med tre upprepningar och förloppet har följts under ett helt år. Detta försöksupplägg saknar motsvarighet i tidigare studier som alla saknar en eller flera av de ovan nämnda faktorerna. Mål Målet var att ta fram ett dataunderlag för metan- och lustgasemissioner från flytgödsellager i Sverige. Med dessa emissionsdata blir uppskattningen av den totala växthusgasavgången (CH 4, N 2 O) från flytgödsellager och den delen av jordbrukssektorns utsläpp av klimatgaser mer överensstämmande med verkligheten. Målet var också att se hur tillämpade metoder för att täcka lagringsbehållare påverkar förlusten av växthusgaser. Material och metod I Tabell 2 beskrivs de två försöksåren. Under första året dokumenterades förhållandena i fullskaliga lagringsbehållare för flytgödsel beträffande temperatur och lagringsdynamik (fyllning och tömning) i tre olika regioner i Sverige. En testanläggning bestående av tre mindre lagringsbehållare ställdes också i ordning i Uppsala. Under första året utprovades gasprovtagningen i pilotskalan beträffande lämplig innesluten gasvolym ovanför gödselytan och lämpliga provtagningstidpunkter. Teknik utvecklades för att kunna försluta behållare, med flexibel luftvolym ovanför gödselytan. Olika sätt provades också i pilotskalan för att få stabil gödseltemperatur och förhindra bottenfrysning under vintern. Under andra året iordningsställdes en pilotskaleanläggning med delvis nedgrävda gödselbehållare. Emissioner av växthusgaserna metan och lustgas mättes under ett år från gödselbehållarna, i vilka vi efterliknade förhållandena uppmätta i en av de tre regionerna. Lagren var dynamiska på så sätt att behållarna tillfördes en viss mängd färsk nötflytgödsel varje månad och att behållarna tömdes till stor del på våren för att simulera vårspridning.
12 Tabell 2. Beskrivning av de två försöksåren. Försöksår År 1: Fullskala Antal upprepningar 1 behållare per region, 3 regioner Temperatur i gödsel och luft Faktiska förhållanden År 1: Pilotskala 3 behållare Vinter- och sommarförh. År 2: Pilotskala 3 försöksled, 3 upprepningar, 1 region Efterliknar fullskalan Fyllning Växthusgasmätning Försöksperiod Dagligen eller flera gånger per vecka Ingen dec 2005 april 2007 resp. aug 2007 aug 2008 Statiskt lager Utprovning metodik februari april 2006 1 gång/mån Var 14: e dag samt dygnsvariation 1 gång/mån okt 2006 sept 2007 Förhållande i fullskalebehållare Förhållandena i flytgödselbehållare på tre mjölkgårdar studerades under ca 1,5 år. Behållarna var placerade i tre olika klimatregioner i Sverige, se Bild 1. Bild 1. Behållarnas placering i Sverige. I slutet av år 2005 besöktes gårdarna och basfakta som djurantal, strömängder och lagringsbehållarnas utformning noterades, se Tabell 3. Protokoll för att kontinuerligt registrera förhållandena i behållarna (nivå, utseende svämtäcke) samt aktiviteter som omrörning och tömning lämnades till lantbrukarna. I behållarna placerades temperaturgivare med loggrar (Tiny Tag i filmburk, Intab AB) i vattentäta burkar på två nivåer, 0,5 m respektive 1,5 m under gödselytan, Bild 2 och 3. Medelvärden för 3-timmarsperioder lagrades. Burkarna var fästa i en kätting, som var upphängd i en flytboj. I slutet på kättingen satt ett ankare. Bojen med temperaturloggrar placerades ca 0,5 m från behållarkanten och på ordentligt avstånd från påfyllningsplatsen i behållaren. Lufttemperaturer hämtades från närbelägen meteorologisk station. Produktionen på gårdarna och gödsellagren beskrivs kortfattat i Tabell 3.
13 Tabell 3. Beskrivning av produktion och gödselbehållarnas utformning. Gård, Mätperiod Typ av strö och mängd Produktion, antal djurenheter Lagervolym, m 3 Diameter, m Behållardjup, m Påfyllnadssätt Tömning Halland, 05.12.20-07-06-26. Lösdrift, 60 mjölkkor 20 kvigor Spån, 6,5 m 3 /mån 1700 23,3 4 m, nedgrävd Bottenfyllning, via schaktrör. Vår (0,5 m kvar) och höst (2 m kvar) Uppland, 05.12.02-06.09.04, 06.11.10-07.04.11 Lösdrift, 60 koplatser Sparsamt med halm, ca 20 kg/vecka 1500 21,8 4 m, till hälften nedgrävd Bottenfyllning, via schaktrör. Pumpas från 8 m 3 pumpbrunn 2-3 ggr/v. Vår, sommar och höst Jämtland, 05.11.07-06.04.29; 07.08.14. -08.09.12 Uppbundet stall, 58-70 koplatser Spån på båspall 1200 22,6 3 m, till hälften nedgrävd Bottenfyllning, skrapor och tryckare Vår och höst Bild 2. Fullskalebehållare i Uppland, sommartid. Vattentäta burkar med temperaturloggrar fästes i en kätting, som i sin tur hängde från den orangefärgade bojen på bilden, ca 0,5 m från behållarväggen.
14 Bild 3. Fullskalebehållare i Uppland vintertid. Utveckling av mätmetodik för pilotskala I detta fall valdes studier av växthusgaser från gödsellager i pilotskala. Motivet till denna skala var att gödselmängd och -egenskaper går att kontrollera i en mindre skala till skillnad från en fullskalebehållare, gödselytan är tillräckligt stor för att det ska bildas naturlig sprickbildning men ändå inte så liten att det blir stor kanteffekt. Som metod för att mäta metan- och lustgasemissioner valdes slutna kamrar. Det innebär mätning av koncentrationen av dessa gaser före och efter förslutning av luftvolymen ovanför en emitterande yta och utifrån koncentrationsökningen beräkna emissionerna av metan och lustgas. Faktorerna luftvolym under förslutning (s.k. head-space) och tidpunkt för provtagning efter förslutning måste anpassas efter den emitterande källan och rådande förhållanden. Det betyder att det bör vara möjligt att justera luftvolymen beroende på koncentrationen, som kan variera med årstid och gödsel. Konstruktion av tak och testbehållare, pilotskala JTI konstruerade ett tak som är steglöst justerbart i höjdled för förslutning av pilotskalebehållare, Bild 4 och 10. Behållarnas diameter var 1,92 m, höjden 1 m, vilket ger en bottenyta av 2,9 m 2 och en maximal volym av 2,9 m 3. Locket bestod av en L-balk (50 mm x 50 mm) som valsats med vertikala sidan i mantelytan på en cirkel med en ytterdiameter av 1,875 m. I L-balken svetsades fast en plåt försedd med fyra ventiler för gasprovtagning och tätmassa användes för att göra fogen lufttät. I periferin av locket fästs en uppblåsbar gummitätning (Pneuma-seal, Type 2, PRS 423) som fylls med tryckluft (max 2,1 bar) när locket är i önskad nivå över gödselytan. Inför sommarmätningarna monterades en axialfläkt (40 x 40mm, 12V DC, 10,9 m 3 /h) på lockets undersida, så att luften blandas om och därmed minskas eventuella koncentrationsskillnader i det slutna rummet.
15 År 1: 1920 mm År 2: 1600 mm Bild 4. Skiss av försluten behållare med lock och uttag för provtagning av gas. A, avstånd mellan gödselyta och lock, s.k. head-space; B, gödselnivå. Måtten på behållaren gäller för anläggningen som placerades på JTI, år 2. Tre stålbehållare ingick i studien för utveckling av metodik, Bild 5. En oisolerad behållare placerades inomhus i en lokal med minst 10 C, medan två behållare placerades utomhus. För att förhindra bottenfrysning var båda utomhusbehållarna isolerade med 20 cm isolering, som med inplastning fick tjockleken ca 10 cm, Bild 6. Behållare 1 utomhus hade även ett lock som kunde läggas på vid extrem kyla (förhindra bottenfrysning) och behållare 2 utomhus var försett med en värmekabel i mantelytan från botten och till ca 0,5 m:s höjd. Utomhusbehållarna var placerade på 20 cm isolering på en betongplatta, Bild 6. 1. Frostfritt Utomhusklimat Temp > 10 C 3. Isolering + lågintensiv uppvärmning 2. Isolering 0,2 m mineralull + tak Bild 5. Principskiss av de tre pilotskalebehållarna, som användes för framtagning av mätmetodik. En behållare var placerad inomhus (frostfritt), och två utomhus. Behållare 2 utomhus var isolerad med möjlighet att täckas med lock och behållare 3 utomhus var isolerad med en värmekabel i mantelytan i nedre halvan av behållaren.
16 Bild 6. Utomhusbehållarna. I förgrunden Behållare 2 med en värmekabel i mantelytan och bakom den står Behållare 1 (utan tak för tillfället). Utprovning av temperaturstabilisering Två olika utformningar provades på behållare 1 och 2 för att se om det gick att uppnå stabila temperaturförhållanden och om det gick att förhindra bottenfrysning vid extrem kyla. Temperaturen i gödseln registreras kontinuerligt i gödseln dels 0,5 m från botten (0,1 m under gödselytan), dels 0,1 m ovan botten i behållaren med hjälp av termoelement kopplade till en datalogger. Samtidigt registrerades inomhus- och utomhustemperatur. Registreringarna utfördes under tiden 23 februari till den 18 juni 2006 och data lagrades varje timme. Gödsel Gödsel hämtades från en pumpbrunn på mjölkkogården i Alunda, Uppland, samma gård som ingick i fullskalestudierna. Gödseln hade lagrats kortare tid än 3 dagar och var därmed relativt färsk. Vid fyllningen den 23 februari 2006 fördelades gödseln så jämnt som möjligt mellan de tre behållarna. Behållarna fylldes med 0,6 m gödsel. Dagen innan första mätning under sommarförhållanden tömdes utomhusbehållarna på gammal gödsel och fylldes därefter med 0,6 m färsk gödsel. Tabell 4 visar gödselns egenskaper. Tabell 4. Gödselns torrsubstanshalt, ph-värde och innehåll av växtnäring. Prov uttaget ur pumpbrunn i februari (vinterfall) och i juni (sommarfall), 2006. Prov uttaget, datum Vinter 2006-02-23 Sommar 2006-06-19 Ts-halt, % Glödförlust, kg/ton Glödrest/ Aska, kg/ton ph Tot-N, kg/ton NH 4 -N, kg/ton P, kg/ton K, kg/ton Ca, kg/ton Mg, kg/ton 8,5 66,1 19,4 8,0 4,6 2,8 0,7 5,0 1,3 0,6 7,9 62,7 16,7 7,5 4,0 2,3 0,7 4,5 1,2 0,4
17 Studie av lämplig gasvolym och provtagningstidpunkt Den optimala gasvolymen i det slutna rummet ovanför gödselytan och tidpunkt för provtagning utprovades vid kall respektive varm väderlek (vinter/sommar). Provtagningen utfördes för att fånga in en linjär ökning av koncentrationen av metan respektive lustgas och utifrån koncentrationerna beräkna emissionerna. Intressant att undersöka var: A) Lämplig luftvolym ovan gödselytan vid provtagning B) Koncentrationsökningen (metan, lustgas) över tiden efter tillslutning av behållaren C) Gödselmängdens inverkan på lämplig luftvolym D) Skillnader mellan upprepningar (de två utomhusbehållarna). Tabell 5 ger en översikt av förhållandena vid utprovning av lämplig gasvolym under lock och tidpunkt för provtagning efter förslutning vid vinter- respektive sommarförhållanden. Dubbla gasprover (à 60 ml) togs ut med injektionsspruta ur varje behållare från ventiler diametralt placerade i locket. Koncentrationerna av N 2 O och CH 4 hos gasproverna analyserades med avseende på metan och lustgas med en gaskromatograf (HP 6890 Series, GC System, Hewlett Packard). Gaskromatografen var utrustad med en provväxlare (222 XL Liquid handler, Gilson Medical Electronics; 70 C) och en FID (flame ionization detector; 300 C) respektive en ECD (electron capture detector; 350 C) samt en nickelkatalysator för att omvandla CO 2 till CH 4. Kolonnen var packad med Haysep Q (80/100 mesh). Kväve användes som bärgas och en blandning av argon och metan (5 %) användes för att öka känsligheten på ECD. Tabell 5. Mätplan vid utprovning av lämplig gasvolym under lock och tidpunkt för provtagning efter förslutning vid vinter- respektive sommarförhållanden. Säsong Behållare Gödselnivå, m Vinter 2006-02-23--24 Vinter 2006-03-08--09 Vinter 2006-03-08--09 Höjd ovan gödselytan för lock, m Finska metoden* Tidpunkter efter förslutning, min 1. Inomhus 0,6 0,11, 0,21, 0,31 0, 15, 30, 45, 60, 75 och 90 2. Utomhus, isolerad med lock 2. Utomhus, isolerad med lock 0,6 0,30 (inkl. 0,20 snö) 0,6 0,10 och 0,30 (snön borttagen) X 0, 15, 30, 45, 60, 75 och 90 0, 15, 30, 45, 60, 75 och 90 Sommar 2006-06-20 Sommar 2006-06-20 Sommar 2006-06-21 Sommar 2006-06-21 2. Utomhus, isolerad 3. Utomhus, isolerad 2. Utomhus, isolerad 3. Utomhus, isolerad * Enligt Maljanen et al., 2003 0,6 0,10 och 0,30 0, 15, 30, 60 0,6 0,10 och 0,30 0, 15, 30, 60 0,3 0,10 och 0,30 0, 15, 30, 60 0,3 0,10 och 0,30 0, 15, 30, 60
18 För kalibrering användes en standardiserad gasblandning (AGA) med kända koncentrationer av N 2 O, CH 4 och CO 2. Variationskoefficienten för analys av atmosfäriska halter av N 2 O, CH 4 och CO 2 var 0,3 %, 0,6 % respektive 0,8 %. Utifrån koncentrationsökningens gradient för respektive gas beräknades emitterad N 2 O och CH 4 per yt- och tidsenhet (Livingston & Hutchinson, 1995; Rodhe m.fl., 2004). En mindre test utfördes också med en alternativ metod (Maljanen et al., 2003) när gödseln var täckt med 0,20 m snötäcke. Metoden bygger på koncentrationsgradienten i snötäcket. I detta fall stacks från sidan ned ett perforerat plaströr med slang och placerades horisontellt under snötäcket vid gödselytan. Gasprov sögs ut genom slangen med hjälp av en injektionsspruta. Växthusgasemissioner under ett år Under andra året mättes växthusgaserna från gödselbehållare i pilotskala, i vilka vi efterliknade gårdsförhållandena i fullskala när det gällde fyllning, tömning samt exponering för utomhusklimatet. I pilotskalan innebar det påfyllning en gång per månad med färsk gödsel och att lagren tömdes till stora delar på våren. Försöksled Under ett år studerades emissioner av metan och lustgas från lagrad nötflytgödsel: A) Utan speciell täckning B) Flytande halmsvämtäcke C) Flytande plastduk Pilotskaleanläggning på JTI, Ultuna Behållarna var 1,5 m höga, till hälften nedgrävda och hade en diameter av 1,63 m (ca 2,0 m 2 bottenarea). Stålbehållarna var invändigt försedda med figursydda plastpåsar för att skydda stålbehållarna mot gödseln och för att inte riskera reaktion mellan gaser och material. Pilotskalebehållarna placerades utomhus på Ultuna enligt Bild 7 9. Varje gödselled upprepades tre gånger, dvs. tre behållare per led. Den experimentella designen var randomiserat blockförsök.
19 Bild 7. Pilotskaleanläggning för mätning av växthusgaser från flytgödsellager placerad på JTI, Ultuna. Bild 8. Pilotskaleanläggningen den 6 februari 2007.
20 Bild 9. Plan över behållare med försöksleden A C slumpade i ett randomiserat blockförsök med tre upprepningar. Bild 10. De tre locken är utplacerade på behållarna strax innan förslutning.
21 Regnvatten och snö hamnade i behållarna, gödseln utsattes för sol och vind och frös under kalla perioder. En varierande gödselnivå och skiftande temperaturförhållanden (påverkar bl.a. metangasemissionerna) kräver en i höjdled flexibel förslutning av ett pilotskalelager för gasprovtagning. Tre mätlock enligt tidigare beskriven konstruktion tillverkades så att tre behållare kan förslutas samtidigt. På undersidan av varje lock monterades små axialfläktar samt hållare för temperaturloggrar. Över alla behållare monterades en I-balk i vilken en elvinsch drogs för förflyttning av mätlocken, samt för att höja och sänka ned locken, Bild 11. Bild 11. Förflyttning av lock med hjälp av travers och elvinsch. Flytgödsel Nötflytgödsel hämtades från samma gård som vid studie av lämplig gasvolym och provtagningstidpunkt. Foderstaten på gården var i medeltal per ko 9 kg ts som ensilage, 5 kg kross och 3,7 kg koncentrat Unik 72 P BK för de 67 mjölkkorna. Första fyllningen av pilotskalebehållarna togs från gårdens fullskalebehållare med väl omrörd gödsel. För påfyllning varje månad togs färsk gödsel från gårdens pumpbrunn. Pumpbrunnen hade kapacitet att lagra 3 dygns gödselproduktion. Gödseln transporterades från gården till JTI med lastbil eller med traktor och tankvagn. Innan fyllning av pilotbehållarna på JTI rördes gödseln om väl i tankvagnen och tre gödselprover togs ut ur tanken. Ett prov sattes i kylskåp för mätning av ph och lättflyktiga fettsyror (VFA), medan de andra proverna lades i frys. Senare skickades proverna från alla provtagningar in till laboratorium för analys av gödselns innehåll av torrsubstans (ts), totalkväve (TOT-N), ammoniumkväve (NH 4 -N), nitratkväve (NO 3 -N), ph, glödförlust (volatile solids; VS) och total-kol (Tot-C). Från laboratoriet erhölls också analysdata för fosfor (P), kalium (K), kalcium (Ca), natrium (Na), svavel (S) och magnesium (Mg).
22 Gödselns maximala produktion av metan, B 0 Den maximala produktionen av metan vid rötning av ett organiskt material anges som B 0 (m 3 CH 4 kg -1 VS) (IPCC, 2006). Vid JTI mättes gödselns B 0 genom utrötning i 1 L- flaskor under anaeroba förhållanden. I flaskorna tillsattes 400 ml gödsel och 200 ml ymp från en aktiv rötningsprocess. Tillsatsen av gödsel motsvarade 5 g VS (volatile solids)/l i den totala rötvolymen på 600 ml. Flaskorna placerades på ett skakbord i ett rum med konstant temperatur av 37 C för att säkerställa en försiktig omrörning och lämplig temperatur för utrötning. Tre tester utfördes per gödselprov. Torrsubstanshalten (ts) och glödförlusten (VS) bestämdes för både gödseln och ympen. Rötningen utfördes under totalt 100 dagar. Den kumulativa gasproduktionen från varje flaska beräknades utifrån gastrycket mätt med en digital mätare (GMH 3110) med trycksensor (GMSD 2BR; 1000 2000 mbar). Utifrån trycket beräknades producerad gasvolym vid NTP (0 C, 1 atm tryck). Gasprover togs ut och analyserades med avseende på metan med en gaskromatograf (PerkinElmer ARNEL, Clarus 500, kolonn: 7 HayeSep N 60/80, 1/8 SFoch FID detektor vid 250 C). Bärgasen var helium med flöde 31 ml/min. Injektorn var en Headspacesampler Turbo Matrix 110 med injektortemperatur 60 C. Påfyllningsdynamik Vid start den 6 oktober 2006 fylldes alla behållare med nötflytgödsel till en nivå av 0,3 m. Nötflytgödseln togs från den stora lagringsbehållaren från Upplandsgården, efter att gödseln rörts om ordentligt, Tabell 4. Halm hackades på JTI:s halmhack (hackelselängd ca 5 10 cm) och tillfördes till behållarna i led B, i syfte att skapa svämtäcken. Totalt hackades 16 kg halm per behållare vilket skulle motsvara för volymen 2,1 m 3 (1 m höjd i behållarna) en strömängd av 0,5 kg per dag och mjölkko vid gödselproduktionen av 65 kg gödsel per dag. Vid starten i oktober 2006 tillfördes 10 kg halm per behållare och resterande halm lades i tre säckar märkta med behållare 1, 2 och 3. Prov för analys av halmens innehåll av totalkväve och total mängd kol togs ut för senare analys. Efter tömning på våren tillfördes resterande 6 kg halm till vardera behållaren. I Bilaga 1 visas datum för fyllning för respektive månad. En tratt med fallrör tillverkades så att flytgödseln kunde tillföras under täckning, Bild 12. Varje månad fylldes respektive behållare med ca 10 cm gödsel, vilket motsvarar en volym av 0,21 m 3. Efter fyllningen kontrollerades nivån och faktiskt påfylld volym noterades. På våren rördes behållarna om och tömdes med slambil, så att 0,4 m gödsel återstod i respektive behållare. Under sommarmånaderna juli och augusti fylldes behållarna endast med 0,05 m gödsel, eftersom betesdrift medför att endast en del av gödseln hamnar i gödselbehållarna.
23 Bild 12. Fyllning av gödsel under täckning med tratt och fallrör. Förhållanden i gödsel Temperaturen i gödsel 0,1 m ovan botten och 0,1 m under gödselytan mättes i alla behållarna med hjälp av termoelement anslutna till en logger. Data registrerades varje timme. Väderdata hämtades från Ultunas meteorologiska station ca 900 m från lagerbehållarna. Efter fyllning med gödsel justerades de övre temperaturgivarna i höjdled så att de alltid var 0,1 m under gödselytan. Temperaturloggrar med givare (Tiny View loggers, Intab AB) placerades under respektive lock under gasprovtagningen för att få temperaturen hos luften ovan gödselytan och därmed kunna räkna om emissionsvärdena till normalkubikmeter. Svämtäckets tjocklek mättes vid ett flertal tillfällen under lagringsåret genom att sticka ned ett vinklat (90 ) plattjärn med en fastsatt mätsticka genom svämtäcket. Efter nedtryckning av vinkeln, vreds järnet i sidled och lyftets uppåt tills svämtäcket tog emot. Tjockleken avläses på mätstickan. Plattjärnet var 15 mm brett, 3 mm tjock och längden på horisontella delen ( vinkeln ) var 0,2 m och längden på den vertikala delen med mät mätstickan var 1 m. Innan tömning mättes även det skikt av kletig gödsel, som bildats under plastduken. Gödselprov ur eventuella svämskikt togs ut (nivå 0 5 cm och 5 10 cm) innan omrörning och tömning vår och höst för ts-bestämning. Förutom dessa mätningar fotograferades gödselytorna regelbundet under året för att ge en minnesbild av hur svämtäcket sett ut.
24 Metodik vid gasprovtagning I Bilaga 1 visas schema över gasprovtagning ur pilotskalelagren under året då nötflytgödsel studerades. Gasprover togs ut två gånger per månad. Det ena provet togs ut dagen efter fyllning och det andra provet ca 14 dagar senare. Det betyder att provtagningen skedde två gånger per fyllning. I studien har proverna tagits ut ungefär vid samma tidpunkt på dagen, nämligen mellan kl. 10.00 och kl. 14.00. Gasprover togs ut vid förslutning samt 15 och 30 min efter förslutning. Locket placerades sommartid oftast 30 cm ovanför gödselytan, medan det under kallare perioder placerades närmare (20, 15 eller 10 cm) för att få en linjärt ökande gaskoncentration under förslutningen i luften ovan gödselytan. Fläkten var igång under förslutningen, men stoppades när gasprovet sögs ur behållaren. Innan provet togs fylldes och tömdes sprutan fem gånger med luft från slutna rummet ovan gödselytan. Därefter togs ett gasprov (60 ml) ut. Provet injicerades i 12 ml glasvialer (gastäta glasampuller som evakuerats och fyllts med rent kväve) medan en kanyl var instucken för evakuering av överskottsgas, Bild 13. När 8 ml återstod i sprutan, togs kanylen bort och resterande 8 ml sprutades in i vialen så att det blev övertryck i vialen. Uttagna gasprover analyserades därefter med gaskromatograf i laboratorium och utifrån koncentrationsökningen och faktisk volym i respektive kammare beräknades emissionen. I samband med gasprovtagningen togs också ut referensgasprover från gastuber med kända koncentrationer av metan och lustgas. Dessa prover analyserades samtidigt med gasproverna uttagna från behållarna för att se om hanteringen eventuellt påverkat tillförlitligheten hos analyssvaren. Bild 13. Uttagning av gasprov vid sluten behållare.
25 Statistisk analys Experimentet organiserades som ett randomiserat blockförsök med tre upprepningar, se plan Bild 9. Med hjälp av variansanalys följt av parvisa jämförelser analyserades emissionerna för de olika försöksleden i genomsnitt över hela året för att upptäcka signifikanta skillnader (p<0,05). Parvisa jämförelser gjordes också i genomsnitt för del av året (februari oktober) för metan samt för enskilda mättillfällen för lustgas. Statistikprogramvaran som användes var SAS 9.1 (SAS Institute Inc., 2004) och analysen utfördes med proceduren GLM (General Linear Model). Tidpunkt för provtagning under dygnet påverkan på resultatet Studie av hur tidpunkten på dygnet påverkar resultatet vid uttagning av gasprov planerades till dygn med stor temperaturvariation. Det var inte helt lätt att förutse när det skulle inträffa, så det blev endast en studie. Den 4 april 2007 togs gasprover ut vid tre tillfällen under dygnet. Förutom de vanliga gasprovtagningarna mitt på dagen, togs också prover i en behållare per led (behållarna 1, 2 och 3) vid ytterligare två andra tidpunkter på dygnet. Det innebar att prover togs från behållare med vardera täckningen (utan, med svämtäcke, med plast) vid tre tillfällen, nämligen kl. 8, kl. 13 och kl. 18. Omrörning påverkan på emissionerna I syfte att studera hur omrörning påverkar gasemissionerna utfördes en studie den 24 april, två dagar innan vårtömningen av lagren. Studien utfördes på de tre mittersta behållarna. Gasprover togs ut innan omrörning och direkt efter att gödseln i respektive behållare rörts om med en mobil propelleromrörare, se Bild 14. Omrörningen i vardera behållaren tog ca 5 10 minuter, Bild 15. Vid omrörningen togs den flytande plastduken bort i led C och mätningen efter omrörning gjordes utan plastduk. Bild 14. Omrörare.
26 Bild 15. Omrörning pågår av gödsel med halmströtäcke. Tömning av lager Den 26 april 2007 rörde vi om i lagren och tog ut gödselprover ur enskilda behållare för analys. En slambil sög ut gödsel ur lagren tills att 40 cm gödsel återstod och transporterade tillbaka gödseln till gården där den producerats. Efter tömningen tillsattes resterande halmmängder (ca 6 kg per behållare) i led B. Halmprov togs ut för att lämnas till analys. Den 4 oktober 2007 avslutades studien med nötflytgödsel. Plastdukarna i led C plockades bort, tjocklek hos eventuellt svämtäcke mättes med vinkeln, prover för ts- och VSbestämning av ytskiktet hos gödseln (djup 0 5 respektive 5 10 cm) togs ut. Med hjälp av ram, kniv och plåt togs dessutom prov ut om 5 x 20 x 20 cm ur halmsvämtäcket i led B (ett prov per behållare) för bestämning av skrymdensiteten hos täcket. Gödselvolymen i respektive behållare mättes både före och efter omrörning. Efter omrörning var det lite skumbildning vid ytan (1 2 cm) vilket försvårade mätningen något. Under omrörning togs det ut en hink med gödsel ur varje behållare. Detta prov delades upp i tre mindre prover enligt plan. Två prover placerade i frys medan det tredje förvarades i kylskåp för analys av lättflyktiga fettsyror (VFA; volatile fattic acids) och ph-bestämning. Beräkning av emissionsfaktorer MCF och EF nit I IPCC:s Guidelines (2006) anges den procentandel metan som avgår utav den maximala produktionen, den s.k. methane conversion factor (MCF), för olika gödselhanteringssystem i olika klimatregioner. IPCC uppmuntrar att varje land tar fram landsspecifika MCF. Vid mätning av MCF är det enligt IPCC viktigt att ange: Beskrivning av foder och djur När gödsel lagras och sprids
Gödselnivå, m 27 Hur länge gödseln lagras Gödselns egenskaper (t.ex. ingående mängd glödförlust (VS) och utgående koncentrationer i flytgödselsystem) Mängd gödsel kvar i lager efter tömning (ymp för metanbildning) Tid och temperaturfördelning mellan inomhus- och utomhuslager Temperaturvariation hos luft under dagen Temperaturvariation under året. För beräkning av MCF för lagring, gjordes på följande sätt: Lagringen under året delades in i två perioder. Period 1 från 6 oktober 2006 till 3 maj (210 dagar), efter att lagret tömdes till stor del. Period 2 sträckte sig från 4 maj till 7 oktober (157 dagar). Under Period 1, dvs. under den kallare delen av året, var medellufttemperaturen 3,4 C och under Period 2, under den varmare delen, var luftmedeltemperaturen 15,5 C. För gödseln var temperaturskillnaderna mindre mellan perioderna. Under Period 1 var gödseltemperaturen 5,2 C och under den varma perioden 12,9 C. För varje period beräknades ett MCF på så sätt att den summerade mängden metan som avgått under perioden per medelmängd VS i lagret ställdes i relation till gödselns Bo. I Bild 16 illustreras indelningen av perioderna 1 och 2 samt numrering med rött anger tillfällen då gasprovtagning skett. Nötgödsellager, 6/10 2006-29/9 2007 Gödselnivå 1,4 1,2 1 0,8 0,6 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 2 19 21 20 22 23 24 0,4 1 2 1 0,2 0 06-okt 05-nov 05-dec 04-jan 03-feb 05-mar 04-apr 04-maj 03-jun 03-jul 02-aug 01-sep Datum Bild 16. Perioder för vilka MCF beräknats. Period 1 (oktober april) sträcker sig under den kallare delen av året medan period 2 infaller under sommaren (maj oktober). Mindre siffror anger tillfälle för gasprovtagning. Med hjälp av ackumulerad metan- och lustgasproduktion och gödselanalyser kan MCF beräknas enligt följande formler (IPCC, 2006; NV, 2007): MCF = metanproduktion (m 3 )/(B o * VS IN lager ) (m 3 ) På samma sätt kan emissionsfaktorn för lustgasemissioner, EF nit (% N 2 O-N av totalkväve) beräknas: EF nit = lustgasproduktion (kg)/ tot-n (kg)
28 Resultat Förhållande i fullskalebehållare I Tabell 6 visas medeltemperaturer för gödsel och luft i behållarna i de tre regionerna under ett år, dels för år 2006 (Halland och Uppland), dels för perioden 14 augusti 2007 till 14 augusti 2008 i Jämtland. Dessutom visas vinterperioden januari till april 2006, när mätningar pågick i samtliga regioner. Tabell 6. Medeltemperaturer, C, hos gödsel 0,5 och 1,5 m under gödselytan i flytgödsellager samt luft i olika delar av Sverige under ett år respektive under 3 månader år 2006. Region 0,5 m under gödselytan 1,5 m under gödselytan Temperatur, C Medel, två nivåer Luft Normal lufttemperatur 1961-1990 Halland 2006 9,9 9,6 9,7 7,6 7,3 Uppland 2006* 7,9 8,4 8,1 7,4 5,6 Jämtland 2007-08 5,3 6,0 5,6 5,9 2,5 Halland, jan-apr 2006 4,4 5,6 5,0-1,4 - Uppland jan-apr 2006 1,6 3,4 2,5-1,7 - Jämtland, jan-apr 2006-1,8-2,4-2,1-4,2 - *Inga mätningar i gödseln under tiden 4 september till 9 november 2006, interpolerade data I Uppland och Jämtland var årsmedeltemperaturen hos gödseln varmare längre ner i behållaren än 0,5 m under ytan medan det i Halland var det motsatta förhållandet. Gödseltemperaturen var betydligt lägre i Jämtland än i Halland. Störst var skillnaden 0,5 m under ytan, där det skiljde med 5,4 C i årsmedelvärde mellan Halland och Jämtland. I Jämtland var vintern 2005/06 var betydligt kallare än vintern 2007/08, vilket gav lägre temperaturer hos gödseln, se Bilaga 2. Så det kan vara markanta skillnader mellan åren. Normalt är luftens medeltemperatur per år för Halland (Halmstad) 7,3 C, för Uppland (Uppsala) 5,6 C och Jämtland (Frösön) 2,5 C (SMHI, 2007). Det innebär att vid mätning under ett års tid var det varmare än normalt i Jämtland och Uppland. Halland Variationen i temperatur över året i gödseln på två nivåer och luft visas i Bild 17. I Bild 18 visas hur gödseltemperaturerna och nivån i gödselbehållaren varierade över tiden. Störst andel av gödseln (58 %) spreds på våren, 17 % på sommaren och 26 % på hösten. På vintern hade gödseln en högre temperatur än omgivande luft medan sommartid verkar gödseltemperaturen i övre skiktet ligga kring dygnsmedelvärdet för luften. I medeltal för år 2006 höll gödseln ca 2 C högre temperatur än luften, Tabell 6. I Bilaga 2 redovisas medeltemperatur per månad för gödseln i de tre olika behållarna.
Temperatur, C Gödselnivå, m Temperatur, C 29 25 20 15 Gödsel 0,5 m, C Gödsel 1,5 m, C Luft, C 10 5 0 05-09-05 05-12-14 06-03-24 06-07-02 06-10-10 07-01-18 07-04-28 07-08-06-5 -10-15 -20 Datum Bild 17. Halland. Temperatur C i luft och i behållare 0,5 respektive 1,5 m ned i gödseln mätt från ytan. 25 4,5 20 0,5 m 1,5 m Gödselnivå, m 4 3,5 3 15 2,5 10 2 1,5 5 1 0,5 0 2005-12- 20 2006-03- 2006-05- 01 10 2006-07- 2006-09- 20 28 Datum 2006-12- 07 2007-02- 2007-04- 16 28 Bild 18. Halland. Temperatur C i behållare 0,5 respektive 1,5 m ned i gödseln mätt från ytan samt gödselnivån, m i den 4 m djupa behållaren. 0
Temperatur, C Gödselnivå, m 30 Uppland I Bild 19 visas för Uppland gödseltemperaturerna för de två nivåerna samt nivån i gödselbehållaren. På den djupare nivån har temperaturen legat högre än för den övre nivån ända fram till på våren. Då börjar temperaturen stiga i den högre nivån med ca 1 C per vecka. I medeltal under år 2006 var temperaturen på den djupare nivån +8,4 C och på den övre nivån +7,9 C. Se även Bilaga 2. Under tiden 4 september till 9 november 2006 var temperaturgivarna urtagna i samband med tömning och därmed saknas registreringar. På denna Upplandsgård spreds störst andel av flytgödseln på hösten (65 %) och resten på våren under det år som studerades. 20 3,5 18 16 14 0,5 m 1,5 m Gödselnivå, m 3 2,5 12 10 2 8 1,5 6 1 4 2 0,5 0 05-12-03 06-02-11 06-04-23 06-07-06 06-09-15 06-11-24 07-02-03 Datum 0 Bild 19. Alunda, Uppland. Temperatur i behållare samt nivå i gödselbehållaren. Gödselnivån var 1,3 m vid början av registreringen på hösten och 2,95 m vid tömning på våren. Jämtland I Jämtland gjordes en första mätning under den kalla vintern, november 2005 till april 2006, Bild 20. Temperaturerna var under fryspunkten från mitten av november till och med april, dvs. i 5,5 månader. Temperaturskillnaderna mellan givarna på 0,5 respektive 1,5 m under ytan var endast ett par grader. På denna gård spreds 60 % av gödseln vid två tillfällen i juni respektive juli och resterade 40 % på hösten. Andra mätningen under en längre period utfördes under tiden 14 augusti 2007 till september 2008. Vintern 2007/08 var mildare än 2005/06, vilket även syns på gödseltemperaturen, Bild 21. Temperaturen gick aldrig under fryspunkten, även om temperaturen 0,5 m under gödselytan gick ned mot 0 C. Ett snötäcke inneslöt gödseln stor del av vintern. I medeltal under ett år vid mätning från 14 aug 2007 till aug 2008 var temperaturen på den djupare nivån +6,0 C och på den övre nivån +5,3 C. Se även Bilaga 2.
Temperatur, C Gödselnivå, m Temperatur, C 31 10 8 6 0.5 m 1.5 m 4 2 0 05-11-07 05-12-07 06-01-06 06-02-05 06-03-07 06-04-06-2 -4-6 Datum Bild 20. Jämtland, mätning 1 under den kalla vintern 2005-06. Temperaturer i behållare 0,5 respektive 1,5 m ned i gödseln mätt från gödselytan. 18 3,5 16 14 12 10 0.5 m 1.5 m Gödselnivå, m 3 2,5 2 8 6 4 2 1,5 1 0,5 0 2007-08-14 2007-10-03 2007-11-22 2008-01-11 2008-03-01 Datum 2008-04-20 2008-06-09 2008-07-29 0 2008-09-17 Bild 21. Jämtland, mätning 2 under ett år. Temperatur C i behållare 0,5 respektive 1,5 m ned i gödseln mätt från gödselytan, samt gödselnivån, m i den 3 m djupa behållaren.
Temperatur, grad C 32 Utveckling av mätmetodik Förhållande i pilotskalebehållare I den oisolerade inomhusbehållaren (behållare 1) i hus med stödvärme var gödseltemperaturen ungefär densamma i botten som vid gödselytan, Bild 22. Gödseltemperaturen steg från ca 10 C i februari till ca 25 C i mitten av juni. 30 25 K 1 luft inne, C K 3 inne 0,50m, C K 2 inne 0,10m, C 20 15 10 5 0 12-feb 04-mar 24-mar 13-apr 03-maj 23-maj 12-jun 02-jul Datum Bild 22. Temperaturer i pilotskalebehållare 1 placerad inomhus och lufttemperaturen i byggnaden. Temperaturerna i behållare 2 och 3 var tämligen stabila trots att temperaturen över dygnen varierade kraftigt, se Bild 23 och 24. Innan snön kom sjönk temperaturen snabbt, speciellt vid den övre mätpunkten, 0,5 m över bottenytan. När snötäcket lagt sig inneslöts gödseln av isolerande skikt och temperaturerna vid 0,1 m och 0,5 m ovan botten blev de samma. Bild 23 och 24 visar att temperaturen utomhusbehållarna steg under våren betydligt snabbare än i en fullskalebehållare och om studierna inte avbrutits i juni fanns det risk för att gödseltemperaturen skulle ha vida överstigit maximala temperaturerna i Upplandsbehållaren, som var 18,5 C (Bilaga 2). Slutsatsen blev därför att det behövs ytterligare åtgärder för att få en stabil temperatur i pilotskalebehållare.
Temperatur, grad C Temperatur, grad C 33 Behållare 2: 23 feb- 18 juni 2006 40 Snötäcke bildat 28 feb 30 Snötäcke borttaget 9 mars K 5 ute 0,10m, C K 6 ute 0,50m, C K 4 luft ute, C 20 Lock pålagt 17 mars - 18 juni 10 0 12-feb 04-mar 24-mar 13-apr 03-maj 23-maj 12-jun 02-jul -10-20 Datum Bild 23. Temperaturer i pilotskalebehållare 2 (isolering med avtagbart lock). 40 30 Snötäcke bildat 28 feb Värme av 8 mars kl. 13.30 K 7 ute 0,10m, C K 8 ute 0,50m, C K 4 luft ute, C 20 Värme på 6 mars 10.50 10 0 12-feb 04-mar 24-mar 13-apr 03-maj 23-maj 12-jun 02-jul -10-20 Datum Bild 24. Temperaturer i pilotskalebehållare 3 (isolering med värmeslinga).
CH4, ppm 34 Gasprovtagning Inomhusmätning Under mätningarna höll gödseln temperaturen 10,5 C och lufttemperaturen inomhus var i medeltal 14,8 C för de två dygnen (23 24 februari) då gasproverna togs ut. Provtagningarna i behållare 1 (inomhus) visade en linjär ökning av gaskoncentrationerna av metan under tiden från start fram till 45 minuter efter förslutning vid 0,11 m head-space och efter 60 minuter vid 0,21 (Bild 25) eller 0,31 m head-space. 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tid, min efter förslutning Bild 25. Koncentrationen av metan med tiden i den slutna luftvolymen ovanför gödselytan vid head-space 0,21 m i inomhusbehållaren. Gödseltemperaturen var 10,5 C vid mättillfället. Det fanns dock koncentrationsskillnader mellan de två diametralt placerade gasventilerna vid några tillfällen. Koncentrationen av lustgas steg inte synbart med tiden. Vinter, utomhus Vid vintermätningarna i utomhusbehållaren (behållare 2) blev det vid 0,1 m head-space en linjär ökning av koncentrationen av metan under första halvtimmen, Bild 26. Vid senare tid för provtagning var skillnaden markant mellan proven uttagna på olika platser vilket betyder att det finns behov av omrörning av luften. Vid head-space om 0,2 eller 0,3 m var det dock svårt att se koncentrationshöjningen. Under mätningarna var temperaturen i gödseln ca 0,5 C och i luften minusgrader, -3 till -10 C. Koncentrationen för lustgas steg också linjärt vid head-space 0,1 m under tiden 0 30 min. Även här skiljde det något i koncentration mellan provtagningspunkterna. Som tidigare var koncentrationen av lustgas mycket låg.
CH4, ppm 35 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Provtagning, min efter förslutning Bild 26. Vintertid. Koncentrationen av metan (CH 4 ) i luft innesluten ovanför gödselytan i utomhusbehållare, 0,10 m head-space. Vid varje tidpunkt har prov tagits ut ur två diametralt placerade kranar på locket. Metoden att mäta koncentrationsgradienten i snötäcket (Maljanen et al., 2003) var svår att tillämpa på en gödselyta med snö, eftersom snö och gödsel förenades och det var därmed svårt att hitta någon distinkt yta. Marjanen et al. (2003) tillämpade metoden på en markyta. Sommarmätning På sommaren studerades skillnaderna i emissioner mellan de två utebehållarna med färsk nötflytgödsel, Tabell 5. Behållarna fylldes växelvis från tankvagn med väl omblandad gödsel med 0,6 m gödsel. Gasprovtagningarna utfördes vid två gödselnivåer (0,6 respektive 0,3 m) och två olika volymer på den inneslutna luften (0,10 respektive 0,3 m höjd mellan gödselyta och lock). Dag 1 mättes med 0,6 m gödsel och dagen efter vid 0,3 m gödsel efter att hälften av gödseln i båda behållarna sugits ut med sugpump. Temperaturen hos gödseln var ca 19 C och lufttemperaturen var i medeltal 19,7 C under de två dygnen 20 21 juni. Metan I Bild 27 visas uppmätta metankoncentrationer hos luften vid de olika tidpunkterna för gasprovtagning. I stort en linjär ökning av metankoncentrationen med tiden med R2- värden mellan 0,69 och 0,98. Eventuellt fanns det en tendens till avtagande ökning av koncentrationen efter 30 minuter. Enstaka värden ligger långt utanför regressionslinjen, s.k. outliners. Koncentrationerna är som väntat betydligt högre vid 0,1m head-space än vid 0,3 m head-space. De studerade luftvolymerna och tidpunkterna för gasprovtagning verkar i stort ligga inom lämpligt mätintervall för metangasavgången vid sommarförhållanden.
Metan, ppm Metan, ppm Metan, ppm Metan, ppm Metan, ppm Metan, ppm Metan, ppm Metan, ppm 36 Göd: 30 cm. Hs : 10 cm Behållare 1 Göd: 30 cm. Hs : 10 cm Behållare 2 100 90 80 y = 1,3122x + 7,6389 R 2 = 0,8396 100 90 80 70 70 y = 0,8564x + 9,4405 60 60 R 2 = 0,8931 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min Göd: 30 cm. Hs : 30 cm Behållare 1 Göd: 30 cm. Hs : 30 cm Behållare 2 20 18 16 14 y = 0,2042x + 0,1076 R 2 = 0,9819 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min 20 18 16 14 12 y = 0,1573x + 1,0767 R 2 = 0,6932 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min Göd: 60 cm. Hs : 10 cm Behållare 1 Göd: 60 cm. Hs : 10 cm Behållare 2 140 120 140 120 y = 1,8766x + 15,982 R 2 = 0,9775 100 80 y = 1,2602x + 6,3847 R 2 = 0,9803 100 80 60 40 20 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min Göd: 60 cm. Hs : 30 cm Behållare 1 Göd: 60 cm. Hs : 30 cm Behållare 2 45 45 40 35 y = 0,4933x + 3,4306 R 2 = 0,9405 40 35 y = 0,5617x + 3,891 R 2 = 0,7546 30 30 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min Bild 27. Sommartid. Gaskoncentrationer av metan hos uttagna prov vid olika tider efter förslutning av två olika behållare. Behållarna var fyllda till två olika gödselnivåer (0,3 respektive 0,6 m) och två olika volymer på den inneslutna luften (0,10 respektive 0,3 m höjd mellan gödselyta och lock).
Emissioner metan, g C-CH4/ m 2, dygn 37 I Bild 28 visas metangasemissionerna vid sommarmätningarna. Vid mätning med 10 cm head-space är det en markant skillnad i emissioner mellan de två behållarna, medan vid 30 cm head-space är emissionerna från de två behållare ungefär lika stora, både med 0,3 och 0,6 m gödsel, Bild 28 och Bilaga 3. Slutsatsen är då att under sommarförhållanden är det mer "stabilt" att använda 0,3 m head-space än 0,1 m, speciellt om det är lite gödsel i behållaren. 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 2. Nivå 0,6 m, H-S 0,1 m 2. Nivå 0,6 m, H-S 0,3 m 3. Nivå 0,6 m, H-S 0,1 m 3. Nivå 0,6 m, H-S 0,3 m 2. Nivå 0,3 m, H-S 0,1 m 2. Nivå 0,3 m, H-S 0,3 m 3. Nivå 0,3 m, H-S 0,1 m 3. Nivå 0,3 m, H-S 0,3 m Bild 28. Sommartid. Emissioner av metan från två utomhusbehållare (2 och 3) med två olika gödselnivåer (0,3 och 0,6 m). Gasprovtagningen har utförts sommartid med två olika och två olika volymer på den inneslutna luften (0,10 respektive 0,3 m höjd mellan gödselyta och lock, s.k. head-space, förkortat H-S).
N2O, ppm N2O, ppm N2O, ppm N2O, ppm N2O, ppm N2O, ppm N2O, ppm N2O, ppm 38 Lustgas I Bild 29 visas uppmätta lustgaskoncentrationer vid de olika tidpunkterna och i Bilaga 3 uppmätta emissioner. Gödselnivå: 30 cm, Headspace: 10 cm Behållare 1 Gödselnivå: 30 cm, Headspace: 10 cm, Behållare 2 0,40 0,35 0,40 0,35 y = 0,0002x + 0,3081 R 2 = 0,7302 0,30 0,25 y = -2E-05x 2 + 0,0019x + 0,3088 R 2 = 0,9402 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min Gödselnivå: 30 cm, Headspace: 30 cm Behållare 1 Gödselnivå: 30 cm, Headspace: 30 cm Behållare 2 0,40 0,35 0,40 0,35 y = -1E-05x 2 + 0,0013x + 0,3364 R 2 = 0,7525 0,30 0,25 y = 0,0004x + 0,2611 R 2 = 0,7668 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min 0,40 Gödselnivå: 60 cm, Headspace: 10 cm Behållare 1 0,40 Gödselnivå: 60 cm, Headspace: 10 cm Behållare 2 0,35 0,35 0,30 y = 2E-05x 2-0,0027x + 0,3675 R 2 = 0,5136 0,30 y = 2E-05x 2-0,0019x + 0,3525 R 2 = 0,4999 0,25 0,25 0,20 0,20 0,15 0,15 0,10 0,10 0,05 0,05 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min Gödselnivå: 60 cm, Headspace: 30 cm Behållare 1 Gödselnivå: 60 cm, Headspace: 30 cm Behållare 2 0,40 0,40 0,35 0,30 y = 0,0004x + 0,2611 R 2 = 0,7668 0,35 0,30 y = -1E-05x 2 + 0,0016x + 0,2785 R 2 = 0,8654 0,25 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid, min Bild 29. Sommartid. Koncentrationer av lustgas hos uttagna prov vid olika tider efter förslutning av två olika behållare. Behållarna var fyllda till två olika gödselnivåer (0,3 respektive 0,6 m) och två olika volymer på den inneslutna luften (0,10 respektive 0,3 m höjd mellan gödselyta och lock).
Gödselnivå, m 39 Koncentrationerna av lustgas var låga och förändrades mycket lite med tiden. Därmed var emissionerna mycket små eller i vissa fall tom minskade lustgaskoncentrationen (konsumtion av kväve). Det fanns en tendens att gaskoncentrationshöjningen i vissa fall började avta 30 min efter förslutning. I stort sett var det bra överensstämmelse mellan de två provpunkterna under locket. Växthusgasemissioner under ett år Påfyllningsdynamik Gödselvolymen i behållarna förändrades under året, dvs. lagret fylldes varje månad och tömdes på våren för att efterlikna ett fullskalelager på gård, Bild 30. Dessutom hamnade regn i behållarna. Behållarna fylldes med ca 0,1 m gödsel per månad förutom under sommarmånaderna juli och augusti, då behållarna fylldes endast med ca 0,05 m. Cirka hälften av gödseln antogs hamna på betesmarken på sommaren och därmed inte i gödselbehållaren. Nötgödsellager, 6/10 2006-29/9 2007 Gödselnivå 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 06-okt 05-nov 05-dec 04-jan 03-feb 05-mar 04-apr 04-maj 03-jun 03-jul 02-aug 01-sep Datum Bild 30. Gödselnivån i pilotskalelager under försöksåret 2006-07, medeltal för led A (gödsel utan täckning).
40 Gödsel Kemiska egenskaper Gödsel hämtad från gårdens pumpbrunn (fyllning november till september) höll högre kväve-, fosfor- och kaliumkoncentrationer än startgödseln (fyllning oktober), som hämtades från gårdens stora behållare, Tabell 7. Tabell 7. Egenskaper hos nötflytgödsel hämtad från stora lagerbehållaren på mjölkkogård (fyllning 1) eller gårdens pumpbrunn (fyllning 2-12) samt gödselns egenskaper vid tömning. Led Glöd- Ts, förlust, VFA, % % av ts g/l ph Tot-N kg/ton NH 4 - N P K Tot-C C/N KVOT Start: Fylln. 1 5,9 78,1 8,2 6,9 3,6 2,0 0,5 3,6 19,8 12,5 Fylln. 2-12 (sd) Tömning vår Tömning höst Tömning vår Tömning höst Tömning vår Tömning höst * Endast två värden ** Endast ett värde 8,1 (1,1) A 5,2 (0,3) A 5,4 (0,5) B 5,7 (0,3) B 6,1 (0,3) C 5,5 (0,5) C 5,1 (0,3) 80,6 (1,1) 79,2 (0,4) 76,9 (1,5) 80,1 (1,1) 78,0 (1,1) 79,9 (0,5) 77,4 (0,7) 7,7 (0,9) 4,8 (0,5) 3,7* (0,7) 5,0 (0,5) 4,5 (0,6) 4,8 (0,5) 7,0 (0,2) 7,4 (0,1) 7,2* (0,4) 6,8 (0,4) 7,2 (0,1) 7,2 (0,1) 4,7 (0,65) 3,4 (0,14) 3,0 (0,31) 3,7 (0,09) 3,4 (0,09) 3,8 (0,31) 3,9** 7,1** 3,3 (0,18) 2,2 (0,52) 1,9 (0,03) 1,5 (0,17) 2,0 (0,09) 1,8 (0,09) 2,2 (0,15) 1,9 (0,07) 0,6 (0,13) 0,4 (0,02) 0,4 (0,01) 0,4 (0,02) 0,5 (0,02) 0,5 (0,05) 0,4 (0,00) 4,7 (0,96) 3,8 (0,08) 3,4 (0,20) 3,7 (0,17) 3,5 (0,17) 3,8 (0,17) 3,0 (0,15) 27,8 (3,97) 17,7 (1,08) 18,2 (1,90) 19,4 (1,15) 20,6 (1,15) 19,0 (1,81) 17,3 (1,00) I Bild 31 visas hur kväveinnehållet i gödseln från pumpbrunnen (1-3 dagar gammal gödsel) varierat under året. Vid fyllningen i april hade en del mjölk hällts ut i pumpbrunnen, men det märks inte på kväveinnehållet. Under betesmånaderna är kväveinnehållet i gödseln, men även innehåll av fosfor och kalium (Bild 32) lägst, medan totala kvävehalterna ligger som högst i november, december och maj. Andelen ammoniumkväve av totalkväve är dock inte konstant (siffror över staplarna med ammoniumkväve anger andel i procent av totalkväve). När andelen ammoniumkväve av totalkvävet minskar kan det bero på att en del har avgått som ammoniak. Halten lättflyktiga fettsyror (VFA) minskar under lagringen, troligen som en effekt av mikrobiell omsättning. Bild 32 visar innehåll av fosfor och kalium i gödseln för de olika fyllningarna. Gödseln har lägre innehåll av kalium men också fosfor under sommarmånaderna vilket kan visa att förhållandet mellan producerad mängd gödsel i stallet och mängd vatten i stall förändrats. Mängden producerad gödsel i stall är mindre eftersom djuren är ute cirka halva delen av dygnet. Enligt lantbrukaren är de också mer frikostiga med spolvatten på sommaren, då de använder vatten från ån vid rengörning. Vid rengörning används endast vatten. 11,3 (0,90) 11,8 (0,55) 12,2 (0,04) 11,9 (0,64) 12,8 (0,64) 12,2 (0,11) 12,5 (0,34)
Kg per ton gödsel Kg N per ton gödsel 41 6,0 Totalkväve 5,0 Ammoniumkväve 4,0 3,0 56 56 48 48 52 53 51 2,0 56 36 37 44 40 1,0 0,0 Okt Nov Dec Jan Feb Mars April Maj Juni Juli Aug Sep Månad Bild 31. Nötflytgödselns innehåll av totalkväve och ammoniumkväve under året. Prover från november till september är uttaget ur pumpbrunn (1 3 dagar gammal gödsel). Startgödseln från oktober hämtades från stora gödselbehållaren på gården. Siffrorna ovanför staplarna för ammoniumkväve anger andel ammoniumkväve utav totalkväve (%). 7,0 6,0 Fosfor Kalium 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Okt Nov Dec Jan Feb Mars April Maj Juni Juli Aug Sep Månad Bild 32. Nötflytgödselns innehåll av fosfor och kalium under året. Prover från november till september är uttaget ur pumpbrunn (1 3 dagar gammal gödsel). Startgödseln från oktober hämtades från stora gödselbehållaren på gården.
Temperatur, C 42 Sammanfattningsvis kan sägas att gödseln från pumpbrunnen har i medeltal över året innehållit 4,7 kg totalkväve, 2,2 kg ammoniumkväve, 0,6 kg fosfor och 4,7 kg kalium per ton gödsel, Tabell 7. Torrsubstansen var i medeltal 8,1 %, glödförlusten (VS) 80,6 % av ts och innehållet av totalkol 27,8 kg per ton. Vid tömningarna av pilotskalebehållarna hade gödseln förändrats till följd av förluster och utspädning så att koncentrationerna av t.ex. kväve sjunkit i nivå med koncentrationerna i den stora gårdsbehållaren. Provet från stora gödselbehållaren, som togs ut i oktober visar på 19 29 % lägre totalhalter av N, P, K och C än medelvärdena för gödsel från pumpbrunnen. I Bilaga 4 visas samtliga analysdata för uttagna gödselprover. Temperatur i gödsel I Bild 33 visas medeltemperaturerna i gödsel uppdelat på led och nivå för försöksåret med nötflytgödsel. Medeltemperaturen i botten var lika för de tre leden, medan i ytan var temperaturen lägre i led A än i de övriga två leden. Vissa givare hade slutat fungera under året som gått, t.ex. fungerade ingen av de två givarna i led A3. Medeltemperatur 10 cm under gödselytan och 10 cm från botten. 6/10 2006-29/9 2007 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 A1-A2 yta B1-B3 yta C1-C3 yta A1-A2 botten B1-B3 botten C1-C3 botten Lufttemperatur Led Bild 33. Medelvärden för temperaturerna i gödsel uppdelat på led och nivå samt lufttemperatur under försöksåret. Led A = gödsel utan täckning; Led B = gödsel med halmsvämtäcke och Led C = gödsel täckt med plastduk. Medel-, maximi- och minimivärde för gödseltemperaturer och temperaturvariationen över året visas som exempel för led A i Tabell 8 och Bild 34. Gödseln i de mindre, nedgrävda behållarna i led A pilotskalan höll i medeltal temperaturen 8,6 C (övre nivån ej registrerad under perioden 5 februari till 20 mars då givarna frös fast), Tabell 8. Detta motsvarar i stort uppmätt medeltemperatur (8,1 C) i fullskalebehållaren för nivå 0,5 m och 1,5 m i Uppland under 2006, Bilaga 2. Den maximala temperaturen hos gödseln i pilotskalan var 20,8 C 0,1 m under ytan, vid botten 16,5 C och i fullskalan i Uppland maximalt 18,5 C (Bilaga 2).
Temperatur, C 43 Tabell 8. Medel-, maximi- och minimitemperatur i pilotskalebehållare (n=3) med gödsel utan täckning under perioden 6 oktober 2006 till 28 september 2007. Temperatur, C Tid A1 botten A1 yta A2 botten A2 yta A3 botten A3 yta A1 och A2 Tidvis ur Tidvis ur Medeltemp 8,5 9,2 8,2 8,7 funktion funktion 8,6 MAX 16,5 20,8 16,1 19,6 13,4 13,8 20,8 MIN* 2,2 0,2 2,1-0,1 1,4-0,4-0,4 * Temperaturen ej registrerad 0,1 m under ytan under perioden 5 februari till 20 mars 2007 Gödsel med lite strö, A1-A3 30 A1 botten A1 yta A2 botten A2 yta A3 botten A3 yta 25 20 15 10 5 0 06-okt 05-nov 05-dec 04-jan 03-feb 05-mar 04-apr 04-maj 03-jun 03-jul 02-aug 01-sep Bild 34. Temperaturer hos gödsel dels 0,1 m från botten, dels 0,1 m under gödselytan under försöksåret 2006-07. Datum Svämtäcke I gödseln utan täckning (led A) bildades en skorpa, som var mellan 1 och 8 cm tjockt, Tabell 9. Oftast var det fuktigt till följd av nederbörd. Det skapade svämtäcket genom inblandning av halm i gödseln (led B), var betydligt tjockare (10 21 cm) och som tjockast innan tömning på vår respektive höst. Efter vårtömningen var svämtäckena som tunnast. I behållarna med plastduk visade det sig att kletig gödsel bildade som ett skikt närmast under duken. Vid tömning på våren var skiktet ca 9 cm tjockt och på hösten 13 cm. Tabell 9. Svämtäckets tjocklek (m) uppmätt med vinklat mått i mitten av behållaren. Värden inom parantes anger standardavvikelse. Led 20 april -07 (före tömning) Datum 4 maj -07 15 jun -07 7 aug -07 4 okt -07 (före tömning) A 0,08 (0,015) 0,01 (0) 0,05 (0,012) 0,00 0,06 (0,031) B 0,21 (0,010) 0,10 (0) 0,16 (0,012) 0,15 (0,026) 0,19 (0,025) C 0,09 (0,021) Ej mätt Ej mätt Ej mätt 0,13 (0,038)
44 I Bild 35 och 36 visas fotografier på gödselytorna vid olika tidpunkter under året för behållare utan täckning respektive med täckning. I Bild 37 visas täckningen med plastduk, som ibland var vattenfylld och ibland bubblade upp till följd av inkapslad gas. 5 oktober, direkt efter fyllning 21 december, isskorpa på ytan 18 juni 6 september Bild 35. Behållare med gödsel utan täckning (Led A) vid olika tidpunkter under försöksåret.
45 5 oktober, direkt efter fyllning 21 december 18 juni 6 september Bild 36. Led B. Behållare med gödsel med svämtäcke (Led B) vid olika tidpunkter under försöksåret.
46 5 oktober, direkt efter fyllning 21 december 18 juni 6 september Bild 37. Behållare med gödsel täckt med plastduk (Led C) vid olika tidpunkter under försöksåret. Analys av svämtäcket i de olika behållarna visade att svämtäcket var signifikant blötare på hösten än på våren, Tabell 10. På våren höll också svämtäcket signifikant högre tshalt i led A (inget svämtäcke) än under plastduken i led C. I övrigt fanns inga signifikanta skillnader. Tabell 10. Medeltal för torrsubstanshalt, glödförlust och askhalt hos gödselns svämtäcke (0 5 cm, 5 10 cm) innan vår- respektive hösttömning för de olika leden. Tömning Led Nivå 0-5 cm Ts-halt, % Glödförlust, % av ts Aska, % av ts Nivå 5-10 cm Nivå 0-5 cm Nivå 5-10 cm Nivå 0-5 cm Nivå 5-10 cm Vår A 17,2 12,6 86,8 84,6 13,2 15,4 Vår B 16,1 12,4 83,6 83,6 16,4 16,4 Vår C 13,9 12,8 81,6 83,8 18,4 16,2 Höst A 11,7 11,7 81,8 83,4 18,2 16,6 Höst B 13,1 12,0 79,9 80,8 20,1 19,2 Höst C 14,3 12,5 81,3 83,0 18,7 17,0 Skrymdensiteten hos halmsvämtäcket (0 5 cm) hos de tre behållarna var i medeltal 669 g/l (standardavvikelse 107 g).